编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
- G3 e# ~8 {+ L/ V/ Y

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）
! M1 q% f% r3 B

0 O% q) [1 j! Y3 H8 u+ S

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

& M$ n9 ~! [; K3 C" k2 ]9 U/ g

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

( |1 E8 L5 p" a6 {% |7 x

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

& p5 V" O; @& r* F% Q+ o! r  I5 [; X

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   
2. 
   $ |7 q- V0 Q* b+ H/ X0 B) o
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

( b* s; b1 W3 ]! n! c3 A3 [" Z; W    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

7 S- Z3 h; z. \! J( ]    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

, }% o# ^7 [* B" M& u" @    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

3 S3 }  w" o' K# @

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   3 I/ X# S7 _# ?7 L
2. 
   1 `! F9 }' e3 b+ a  z9 W, E
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

   
& c( N+ g" H6 E9 c, j( n7 |

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   ' {8 B5 h& ~. q# a
2.    
   9 }; N. Z5 E3 J9 i; G! m. \
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   $ w5 L  G4 h$ E. Y, R
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   5 G: d! u7 f7 `% j8 f1 V+ Z
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   ( N+ B5 K8 y" x( w" L8 [
2. .....
   
3. fd_set set;
   9 Z" r( R. I) V/ k  p8 e
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   4 V( j. O: M+ i/ F* q8 r: G
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   : n4 j0 Q0 A( ?% t
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   7 d9 v, l( }8 C! U6 ]2 Q4 J
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    9 q. Y" k' N! N. Q2 O( p8 U5 W
13. //do something here
    # t. w" M: d" \% N. k+ t+ {
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   . C, R+ M$ Z4 Q& M' h& A
4. 
   " {) ~# o7 A& g
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   8 W( Y2 c9 r: r1 w: J. c* y! ?
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   2 L$ v" d$ |7 D) \4 @2 U+ ^  }
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

使用select函数的过程一般是：

/ [- R% e' V# J    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。

- o8 m/ l4 S5 U

客户端：

1. #include <time.h>
   & O+ d/ j$ }4 t1 ?6 a  u
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ! N9 m! S: b/ A2 K
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    ' n. t) E: O% t& ^3 k  V, V8 ?: A' U
15. 
    2 e# D7 e- e6 ~& F! c
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    ; T( O9 k" I% x. e2 V* T  b
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    # G# f" F9 N4 O& [" a
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    * V4 ~1 S  G3 _( {& b
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    9 ]7 t, L! F: b! [0 Y  {
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    7 ^, g  |- O( J! ~: C( Z
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    , g- M( _# V" Z3 N9 ~7 c
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ( c4 o/ X! E# P% n
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    , H, `% m% d7 ]+ n' q+ z
32.   //向服务器发送请求
    , W. L, Y, U$ w; }$ ?
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    3 W. l. q! B8 j
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    % Q* a3 t. d( g3 _  @  O
39.   
    8 {) v/ T& [. r
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    & ?( v. P3 ^6 I2 G
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " u& G3 j3 D0 [/ f
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    1 Z/ X! g5 Q4 I4 j+ ^3 X
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    3 Z1 S9 }" |- }3 D2 }
52.   }
    4 ~9 L# h# x% D" p! c- A
53. }

复制代码

% {9 F  k" R8 G4 |

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   , z7 e2 C6 ?* i. x6 w2 I2 Z
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ) M5 S7 t+ g( c( C. U" `
7. #include <netinet/in.h>
   9 f$ }5 B8 [/ T  [  K0 I$ m! ]* C
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    ( C& c) s( v+ Z2 M
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    " u3 O: w8 J9 ^) m+ X9 K
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    # j/ x6 D" ]! f1 e" s
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    3 W0 @; n# E! o1 t/ Y
16.   struct sockaddr_in addr;
    ! `1 I, j; e) ]( s; J
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    # R6 i% S/ I& T
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
      R; \  W1 I. u- l
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ! W' Q2 {) a% O1 j' x% x- Z" L
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    4 O9 r, P) W5 {$ M; Z" u- }6 W: T
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    ; w) V5 Z6 @' O: t3 n0 X
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    8 S9 e- l( r8 \7 }* S* i
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    * M% [! U/ d/ Q' Y
39.     printf("begin listenning...\n");
    8 c9 w, T6 ^3 V! B1 X
40. 
    7 w" C$ g) f4 l; `* s, t2 }
41.   //默认所有fd没有被打开
    . b# g4 K* W- u5 ^+ g
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    * R, q6 x5 s0 W8 \2 K+ z
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    . Y) _4 u) U6 M4 n. P
46.     //将服务端套接字加入集合中
    3 L# W3 A4 V: x. a; q
47.     FD_ZERO(&fds);
    9 Z" I* \/ j8 P3 @# u: V
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    4 ?/ Z  c1 ^. Z
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    . x0 h0 d1 D. P: u; ]- m5 v
54. 
    2 z+ d- n/ f  v' k6 o+ I
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    / \# i0 k& h$ n- w
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    6 B& I/ K" T/ K, u5 ?: I
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    - G9 ^9 i, O+ q& c
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    7 }# @/ K- g- D* E1 v( Y
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    & l/ U" @% g, U) }" t
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    0 ?0 u1 s* I! I9 P" u- `
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    4 k4 x1 O  U4 O" U) h% ~4 C" h
71.           }else{
    1 m, y! [/ L& z/ s
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    * n: m4 x2 p" F5 |
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    & ]6 P! l6 `* \$ m# @
76.         }
    ) w  O3 _3 `, k* w3 k
77.       }
    
78.     }
    6 u& [2 ~+ M& x; N9 x5 z9 b7 @
79.   }
    
80. }

复制代码

, X0 Z% t: U* t
1 |; ]$ d1 o0 |& u7 m" b7 k3 Q" l
5 v' b/ U3 t- k- L0 M5 G( `! `: C


( \1 @4 s. u- p" |7 ^3 b) Y